(57)【要約】【課題】小型のホローカソードアレイ発光管及び多元素同時吸光分析装置を提供する。【解決手段】放電用ガスを封入した透明な容器と、前記容器内に配置され、各々外部電源に接続される導体に接続されたアノード及びカソードとを具えるホローカソードアレイ発光管において、前記カソードが、それぞれ異なった金属の共鳴線を発生する手段を設けた複数のホローのアレイを具え、前記それぞれ異なった金属の共鳴線を発生する手段が、頭部にそれぞれ異なった金属を付けた発光元素部材であり、前記カソードが、外部から前記発光元素部材にレーザ光を照射することができるように設けた開口を有する。多元素同時吸光分析装置において、前記カソードにおける開口を経て前記発光元素部材にレーザ光を照射する手段を具え、同じレーザ光を照射する手段を用いて試料をレーザアブレーションし、アトマイズする。【選択図】図１
2005300345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電用ガスを封入した透明な容器と、前記容器内に配置され、各々外部電源に接続される導体に接続されたアノード及びカソードとを具えるホローカソードアレイ発光管において、前記カソードが、それぞれ異なった金属の共鳴線を発生する手段を設けた複数のホローのアレイを具えることを特徴とするホローカソードアレイ発光管。
【請求項２】
請求項１に記載のホローカソードアレイ発光管において、前記それぞれ異なった金属の共鳴線を発生する手段が、頭部にそれぞれ異なった金属を付けた発光元素部材であり、前記カソードが、外部から前記発光元素部材にレーザ光を照射することができるように設けた開口を有することを特徴とするホローカソードアレイ発光管。
【請求項３】
請求項１または２に記載のホローカソードアレイ発光管を具える多元素同時吸光分析装置。
【請求項４】
請求項２に記載のホローカソードアレイ発光管を具える多元素同時吸光分析装置であって、前記カソードにおける開口を経て前記発光元素部材にレーザ光を照射する手段を具えることを特徴とする多元素同時吸光分析装置。
【請求項５】
請求項４に記載の多元素同時吸光分析装置において、前記レーザ光を照射する手段を用いて試料をレーザアブレーションし、アトマイズすることを特徴とする多元素同時吸光分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホローカソードアレイ発光管と、これを用いた多元素同時吸光分析装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
物質中に含まれる微量金属の量を高精度に測定する方法として原子吸光分析がある。原子吸光分析は定量性が高く干渉が少ない分析方法で、小型で可搬な装置が望まれている。従来ホローカソード発光管は、原子吸光分析用の光源として用いられ、カソードスパッタリングによってカソードを構成する金属の共鳴線を与え、分析される元素に特有の光源である特徴を持つ。管球の直径は数ｃｍ程度と大きく、１つの分析対象金属当たり通常１本の管球が必要である。
【０００３】
したがって、多数の金属を分析するためには多くの管球が必要となるため、装置が大型化するといった問題があった。この問題を解決するため、比較的高いバッファガス圧力で０．１ｍｍ径のホロー直径でホロー内にバッファガスの強い発光を与えることができるマイクロホローカソード発光管が提案されている。しかしながら、陰極構成金属の発光を与えるのに十分なスパッタリング現象を示さないため、金属元素の光源とするのが困難であるという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したことを鑑み、多元素を同時に分析することができる原子吸光分析装置を小型化することを可能にするホローカソードアレイ発光管と、このホローカソードアレイ発光管を用いた多元素同時吸光分析装置とを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明は、放電用ガスを封入した透明な容器と、前記容器内に配置され、各々外部電源に接続される導体に接続されたアノード及びカソードとを具えるホローカソードアレイ発光管において、前記カソードが、それぞれ異なった金属の共鳴線を発生する手段を設けた複数のホローのアレイを具えることを特徴とするホローカソードアレイ発光管である。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のホローカソードアレイ発光管において、前記それぞれ異なった金属の共鳴線を発生する手段が、頭部にそれぞれ異なった金属を付けた発光元素部材であり、前記カソードが、外部から前記発光元素部材にレーザ光を照射することができるように設けた開口を有することを特徴とするホローカソードアレイ発光管である。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のホローカソードアレイ発光管を具える多元素同時吸光分析装置である。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載のホローカソードアレイ発光管を具える多元素同時吸光分析装置であって、前記カソードにおける開口を経て前記発光元素部材にレーザ光を照射する手段を具えることを特徴とする多元素同時吸光分析装置である。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の多元素同時吸光分析装置において、前記レーザ光を照射する手段を用いて試料をレーザアブレーションし、アトマイズすることを特徴とする多元素同時吸光分析装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、マイクロホローカソード放電がきわめて小さい直径のホローの中にバッファガスの放電を与える特性を利用して多数の放電のアレイを得ることにより、多元素を同時に分析することができる原子吸光分析装置を小型化することを可能にするホローカソードアレイ発光管を実現することができる。好適には、それぞれのホローの中に異なった金属の蒸気を得る手法としてレーザアブレーションを用い、多元素同時吸光分析装置においては、試料のアトマイズに同じレーザ照射手段を用いることができ、このようにすれば原子吸光分析装置全体をさらに小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明による多元素同時吸光分析装置の構成の一例を示す図である。本多元素同時吸光分析装置は、本発明によるカソードアレイ発光管１を具える。カソードアレイ発光管１は、ホローカソード管球２と、カソード３と、アノード４とを具える。図２は、このホローカソードアレイ発光管１の図１において右方向から見た断面図である。カソード３にはマイクロホローアレイ５を設け、各々のホロー内には発光元素ワイヤ６を配置する。この図に示す例において、マイクロホローアレイ５は３つのマイクロホローから成り、発光元素ワイヤ６の頭部にそれぞれＦｅ、Ｃａ、Ｋを付ける。ホローカソード管球２内には、０．５気圧のヘリウム雰囲気を封入する。カソード３及びアノード４を外部のホローカソード電源１０に接続し、アノード４に対してカソード３に−２０００ボルトを加え、マイクロホローアレイ５内にホロー放電列が維持されるようにする。ホローカソード管球２は、前記マイクロホローと平行方向におけるホローカソード管球照射窓７と、前記マイクロホローの開口方向におけるホローカソード管球出力窓８とを有する。カソード３には各々のマイクロホローに対応してカソード照射孔９が設けられており、外部からホローカソード管球照射窓７を経て入射するレーザ光が各々の発光元素ワイヤ６の頭部の元素に照射されるようになっている。
【００１２】
本多元素同時吸光分析装置は、発光元素ワイヤ６の頭部における元素と試料とをレーザアブレーションするためのレーザ出力を生成する手段をさらに具える。この手段は、照射レーザダイオード電源１１と、照射レーザダイオード１２と、円筒レンズ１３と、レーザ１００％反射鏡１４と、ＹＡＧロッド１５と、ポッケルスセル１６と、ポッケルスセルＱ変調電源１７と、レーザ結合反射鏡１８と、レーザコリメータレンズ１９と、ビームスプリッタ２０とを具える。照射レーザダイオード１２は照射レーザダイオード電源１１によって励起され、照射レーザダイオード１２の出力は円筒レンズ１３によってＹＡＧロッド１５に集光され、１．０６４μｍ発信に必要な蛍光励起を与える。レーザ１００％反射鏡１４とレーザ結合反射鏡１８とはレーザキャビティを形成し、それらの作る光軸方向にＹＡＧロッド１５中の１．０６４μｍ光子を増幅する。ポッケルスセル１６は、１．０６４μｍ光子にポッケルスセルＱ変調電源１７によって与えられるパルス電圧の変調によってＱスイッチされて１．０６４μｍ光子の１０ｎ秒パルス発振を実現する。照射レーザダイオード電源１１と、照射レーザダイオード１２と、円筒レンズ１３と、ＹＡＧロッド１５と、レーザ１００％反射鏡１４と、レーザ結合反射鏡１８と、ポッケルスセル１６と、ポッケルスセルＱ変調電源１７とは、パルスＹＡＧレーザを形成する。パルスＹＡＧレーザの出力約３００μＪは、レーザコリメータレンズ１９によって平行光に変えられる。この平行光は、ビームスプリッタ２０によって元素アブレーション用レーザ出力約１５０μＪと、試料アブレーション用レーザ出力約１５０μＪとに分割される。
【００１３】
本多元素同時吸光分析装置は、レーザ出力を発光元素ワイヤ６の頭部における元素に導く手段をさらに具える。この手段は、回折格子ビームスプリッタ２１と、元素アブレーション結像レンズ２２とを具える。前記元素アブレーション用レーザ出力は、回折格子ビームスプリッタ２１によって回折され、その主な回折成分である−１次、０次、＋１次成分各４０μＪは、元素アブレーション結像レンズ２２によって集光され、ホローカソード管球２の一部であるホローカソード管球照射窓７を通過した後、それぞれカソード３に設けられた３つのカソード照射孔９を通り、それぞれＦｅ、Ｃａ、Ｋを有する３本の発光元素ワイヤ６の頭部に結像する。
【００１４】
本多元素同時吸光分析装置は、試料台２３を具え、試料台２３の頭部に採取された試料２４を付着させる。本多元素同時吸光装置は、レーザ出力を試料２４に導く手段をさらに具える。この手段は、４５°反射鏡２５と、試料アブレーション結像レンズ２６とを具える。ビームスプリッタ２０によって分割された前記試料アブレーション用レーザ出力は、４５°反射鏡２５によって試料２４の方向に向けられ、試料アブレーション結像レンズ２６によって試料２４上に結像する。約１５０μＪの光子が１０μｍ２の面積に集中するという高フルーエンスのエネルギーが１０ｎ秒の間に試料２４に与えられることのために、エネルギーは熱平衡に至ることなしに試料２４をプラズマ化し、高い濃度で試料２４中に含まれる元素の蒸気を含むアブレーションプルーム２７を発生する。
【００１５】
本多元素同時吸光分析装置は、ホローカソード発光集光レンズ２８と、吸光測定レンズ２９と、受光素子アレイ３０とをさらに具える。上述したように３本の発光元素ワイヤ６の頭部に結像したそれぞれ４０μＪの光子は、それぞれＦｅ、Ｃａ、Ｋの蒸気を発生し、マイクロホローアレイ５中のホロー放電列のそれぞれによって、それぞれの元素の共鳴線（元素の基底状態にターミネートする原子スペクトルで同じ元素の蒸気のみによって吸収される）発光を与える。この発光はマイクロホローアレイ５のそれぞれの前部穴を出て、ホローカソード管球出力窓８を通過し、ホローカソード発光集光レンズ２８によって、アブレーションプルーム２７上のきわめて近い隣り合う３点に結像する。これらはアブレーションプルーム２７中の各元素の濃度に比例した量だけ吸収され、吸光測定レンズ２９によって集光され、例えばＣＣＤセンサである受光素子アレイ３０上の隣り合う点に結像する。
【００１６】
前記試料アブレーション用レーザ出力を遮断したときのマイクロホローアレイ５の発光強度と、アブレーションプルーム２７中の各濃度に比例した量だけ吸収されたときのマイクロホローアレイ５の発光強度との差を、前記試料アブレーション用レーザ出力を遮断したときのマイクロホローアレイ５の発光強度で除した比を受光素子アレイ３０上の各点について測定した結果は、適切な検量線を作成することによって各元素の濃度を与える。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による多元素同時吸光分析装置の構成の一例を示す図である。
【図２】ホローカソードアレイ発光管１の図１において右方向から見た断面図である。
【符号の説明】
【００１８】
１  カソードアレイ発光管
２  ホローカソード管球
３  カソード
４  アノード
５  マイクロホローアレイ
６  発光元素ワイヤ
７  ホローカソード管球照射窓
８  ホローカソード管球出力窓
９  カソード照射孔
１０  ホローカソード電源
１１  照射レーザダイオード電源
１２  照射レーザダイオード
１３  円筒レンズ
１４  レーザ１００％反射鏡
１５  ＹＡＧロッド
１６  ポッケルスセル
１７  ポッケルスセルＱ変調電源
１８  レーザ結合反射鏡
１９  レーザコリメータレンズ
２０  ビームスプリッタ
２１  回折格子ビームスプリッタ
２２  元素アブレーション結像レンズ
２３  試料台
２４  試料
２５  ４５°反射鏡
２６  試料アブレーション結像レンズ
２７  アブレーションプルーム
２８  ホローカソード発光集光レンズ
２９  吸光測定レンズ
３０  受光素子アレイ
【図１】
2005300345.tif 000003
【図２】
2005300345.tif 000004